Výstavba pilotného projektu opornej konštrukcie z vystuženej zeminy na modernizovanej trati Rokycany – Plzeň

V rámci modernizácie železničnej trate Rokycany – Plzeň na traťovom úseku Ejpovice – Doubravka bola navrhnutá v km 94,068 – 95,850 preložka Homolka. Nová poloha osi v danom úseku predpokladala realizáciu trvalého zaistenia obojstranných zárezových svahov na úseku dlhom 700 m s maximálnou výškou konštrukcie až 14 m. Použitie technológie vystuženej zeminy vytvára ekonomicky výhodnejšiu alternativu ku konvenčným riešeniam v podobe monolitických alebo prefabrikovaných konštrukcií zo železobetónu či kameňa, ktoré boli v daných okrajových a geotechnických podmienkach výstavby ťažko realizovateľné. Zárubné múry z vystuženej zeminy tu vymedzujú obojstranný zárez, kde je líce rozdelené do troch samostatne budovaných etáží. S výstavbou múrov sa začalo v roku 2015, svojimi rozmermi sa radí medzi jednu z najväčších na železničnom koridore v ČR.

Schematický rez konštrukciou obojstranného zárezu

Geologická skladba priestoru staveniska

V kvartérnych zeminách majú dominantné postavenie deluviálne či fluviálne zeminy, v menšej miere potom takisto antropogénne sedimenty. Celková hrúbka kvartérneho pokryvu kolíše v trase projektovanej preložky trate približne v rozsahu od 1,7 do max. 6,0 m. Predkvartérny podklad tvoria terciérne sedimenty, spodnopaleozoické (ordovické) sedimentárne horniny a vrchnoproterozoické sedimentárne a vulkanické horniny. Sedimenty sú v mieste stavby zastúpené prevažne hlinitopiesčitými až hlinitoštrkovitými sedimentmi s rôznymi konzistenciami. Miestami sa prieskumnými prácami zastihli s nepravidelnými hrúbkami vrstiev aj ílovité zeminy s lokálnymi polohami kaolínu. Sedimentárne horniny sú tvorené zvetranými bridlicami, v menšej miere aj prachovcami. Zeminy v priestore stavby majú vzhľadom na pestrú litologickú stavbu rôznu kvalitu. V podloží sa vyskytuje plytká oscilujúca hladina podzemnej vody závislá od klimatických pomerov a zvodne s rôznou výdatnosťou, vzájomne oddelené ílovitými izolantmi. Z tohto pohľadu sa pri výstavbe očakávalo, že bude dochádzať k častým výverom podzemnej vody dotovanej z okolitého prostredia, takže išlo o zložité základové pomery a so zatriedením konštrukcie do 3. geotechnickej kategórie.

Georadar zobrazujúci zvodnené vrstvy v neogénnych sedimentoch - horizontálny rez h = 3 až 6 m

Filozofia návrhu

Postup výpočtu, ako aj návrh konštrukcie zárubných múrov vrátane riešení všetkých konštrukčných detailov v týchto ťažkých podmienkach (daných predovšetkým nepriaznivými hydrogeologickými pomermi lokality) je výsledkom mnohoročných skúseností získaných na iných nami navrhovaných objektoch budovaných pomocou technológie vystuženej zeminy a realizovaných v minulých rokoch. Na základe skúseností s návrhom a realizáciou týchto konštrukcií sa definovali výpočtové stavy, zvolili zodpovedajúce výpočtové metódy a postupy, rovnako ako celý rad konštrukčných odporúčaní a detailov, ktoré sa zapracovali v rámci vývoja potrebnej systémovej konštrukcie, resp. tvaru lícneho betónového prefabrikátu na zabezpečenie bezproblémovej výstavby konštrukcie aj v týchto náročných podmienkach. S ohľadom na opísané skutočnosti bolo hlavnou úlohou zaistiť jednoduchú a technologicky nenáročnú montáž vedúcu k rýchlej realizácii konštrukcie, a teda aj k rýchlej a trvalej stabilizácii zárezu. Z týchto dôvodov sa v líci konštrukcie použili panely na plnú výšku s maximálnou výškou prefabrikátu 4,2 m.

Vstupné údaje

Do výpočtu konštrukcie vstupujú charakteristiky zásypového materiálu v kontakte s výstuhami, zemina za vystuženým blokom a zemina v podloží. V oblasti zásypu sa počítalo s kvalitným zásypovým materiálom typu štrkodrvina s min. uhlom trenia 33°. Geotechnické parametre miestnych zemín dosahovali podľa IG prieskumu pomerne veľkú variabilitu danú rozmanitou skladbou zemín v mieste stavby. Nad konštrukciou sa v statickom posúdení počítalo s rovnomerným zaťažením s intenzitou 10 kN/m2 pôsobiacim v páse so šírkou 4,5 m. Toto zaťaženie je stanovené na základe odborného odhadu o možnej povahe technologickej prevádzkynad opornou konštrukciou, predovšetkým v čase budovania konštrukcie aj po jej uvedení do prevádzky.

Výpočet

Návrh vystuženého zeminového bloku sa vykonal v súlade s britskou návrhovou metodikou Tieback Wedge (BS 8006). Rozloženie tuhosti výstužných prvkov po výške konštrukcie rešpektuje podľa tejto metodiky návrhovú požiadavku na deformačné správanie konštrukcie, pričom sa predpokladá, že napätie vo výstuhách vyvodí ich pomerné dĺžkové pretvorenie max. na úrovni 0,5 %. Takto navrhnutý zeminový blok sa následne posúdil na celkovú stabilitu konštrukcie podľa zásad EC7. Na celkovú predikciu pretvárania konštrukcie, určenie reálneho deformačného správania konštrukcie a predovšetkým na nastavenie inicializačného záklonu lícnych prvkov bolo nevyhnutné empiricky upraviť vypočítané hodnoty vodorovných deformácií. Na to sa využili bohaté skúsenosti a výsledky meraní z už realizovaných stavieb. Lícne panely sa potom inštalovali v záklone 80:1 až 40:1 v závislosti od výšky konštrukcie, dimenzií vystuženia, polohy panelu v konštrukcii a typu zásypového materiálu. Záklon a poloha panelu v ďalších fázach výstavby sa na stavbe priebežne kontrolovaliv rámci monitoringu konštrukcie.

Schéma z výpočtového modelu

Konštrukčné riešenie oporných múrov

Koncepčné riešenie zaistenia zárezových svahov predpokladalo zhotovenie oporných múrov pomocou technológie vystuženej zeminy s tuhým lícom tvoreným železobetonovými prefabrikovanými dielmi so skladebnou šírkou 1,5 m a maximálnou výškou 4,2 m. Z konštrukčného a statického hľadiska sa objekt po výške kaskádovito členil do troch etáží. Stabilita zemnej konštrukcie za lícními prvkami sa zaistila pomocou geosyntetických výstužných prvkov, ktoré sú zatiahnuté do samotného násypového telesa na kotevnú dĺžku určenú statickým výpočtom (dĺžka výstužných geomreží bola 6,0 m). V konštrukcii sa použili tri typy pevností výstužných geomreží, v závislosti od výšky, resp. etáží konštrukcie. V spodnej etáži sa použili výstužné geomreže s krátkodobou pevnosťou 110 kN/m, v strednej etáži s pevnosťou 80 kN/m a v hornej etáži s pevnosťou 55 kN/m. Z dôvodu predikovaných pretvorení sa oporné múry rozdelili po dĺžke konštrukcie na samostatné sekcie s maximálnou dĺžkou 15 m. Oddelenie jednotlivých sekcií a ich ukončenie sa riešilo pomocou obkladového gabionového koša na celú výšku konštrukcie, ktorý sa z architektonických dôvodov rozčlenenia pohľadovej plochy predsunul pred líce sekcií zárubných múrov o 130 mm. Zaistenie gabionového koša na rubovej strane betónových panelov zabezpečuje termicky oplastovaná oceľová tyč.

Ukončenia jednotlivých sekcií a prechody sú riešené obkladovým gabionom

Výstavba

Dočasné zabezpečenie zárezového svahu

S ohľadom na konfiguráciu terénu a geologické pomery bolo pred spustením výstavby zárubných múrov nevyhnutné vykonať dočasnú stabilizáciu svahu výkopu. Technológia zaistenia zemného svahu bola navrhnutá klincovaním s torkrétovým nástrekom a kari sieťami v dvoch vrstvách. Klince boli navrhnuté v osnove 1,25 × 1,25 m s dĺžkou až 10,0 m.

Oporné múry z vystuženej zeminy

Na upravenú základovú škáru tvorenú štrkovým vankúšom sa v oblasti budúceho líca vybetónoval základový pás z betónu C 25/30 XC3, XF3 s rozmermi 2,5 × 0,15 m, ktorý slúžil na osadenie základného radu lícových panelov a súčasne na ukotvenie systémového zavetrovacieho prvku. Lícové betónové panely sa z rubovej strany zabezpečili prvkami umožňujúcimi pripojenie zavetrovacieho systému, zároveň sa umiestnili dištančné prvky na presné vymedzenie polohy lícneho prefabrikátu a prvky zaisťujúce vzájomné previazanie jednotlivých panelov. Priehradový zavetrovací systém bol dimenzovaný a v detaile napojenia na lícny panel konštruovaný tak, aby umožnil jednoduché nastavenie panela do iniciačného záklonu a takto plnil svoju funkciu do času, keď dôjde k počiatočnej aktivácii výstužných prvkov, osadzovaných počas sypania zásypu. Následne preberajú funkciu zaisťujúcu stabilizáciu panelu tieto výstuhy.

 

Pohľad na rubovú stranu panelu a priehradový zavetrovací systém

Odvodnenie zárubných múrov sa zabezpečilo kombináciou povrchového odvodnenia. Systém odvodnenia je potom ovplyvnený predovšetkým geologickou skladbou zemín. Povrchové odvodnenie je zabezpečené pomocou náhorných priekop a prefabrikovaných žľabov medzi koľajami a zárubnými múrmi. V rámci vlastnej konštrukcie zabezpečuje odvedenie vôd drenážny komín zo štrkodrviny s frakciou 16/32 mm budovaný za rubovou stranou lícnych prefabrikátov po celej výške konštrukcie s minimálnou hrúbkou 300 mm. Napojenie výstužných geomreží na lícové panely je riešené pomocou systémového spoja, ktorý tvorí termicky poplastovaná závlač, osadená cez oká na rubovej strane panelu. Oká sú do panelu vsadené v podobe vlnovca pri jeho vlastnej betonáži. Vyčnievajúca časť tohto prvku je na zabezpečenie požadovanej životnosti takisto termicky poplastovaná.

Pohľad na napojené výstužné geomreže

Hrúbka škáry medzi panelmi sa zaistila pomocou dištančných a spojovacích systémových prvkov, ktoré vymedzujú presnú polohu panelov oproti susedným prvkom a ich vzájomné konštrukčné previazanie. Každá čiastková etáž je v hornej časti ukončená systémovou železobetónovou rímsou.

Pohľad na konštrukciu - jednotlivé etáže sú ukončené systémovou rímsou

Záver

Pri návrhu konštrukcií z vystuženej zeminy treba rešpektovať celý rad konštrukčných zásad, všeobecných pravidiel, odporúčaní a overených postupov, ktoré zaručujú bezchybnú funkciu konštrukcie po celý čas uvažovanej životnosti stavby. Predovšetkým je však nevyhnutná patričná skúsenosť s návrhom týchto konštrukcií či konštrukcií podobného rozsahu, ktoré boli ideálne aj realizované a monitorované. Hlavnou podmienkou úspešnej a bezproblémovej realizácie je včasné riešenie všetkých predvídateľných konštrukčných detailov, a to najlepšie už vo fáze spracovania výrobno-technickej dokumentácie a nie až pri vlastnej realizácii danej konštrukcie „kreatívnou činnosťou“.

---

Constructing the pilot project of reinforced soil retaining wall at renovated railway corridor Rokycany – Plzeň

Within a renovation of Rokycany – Plzeň railway corridor a series of retaining walls is being constructed along both sides of an earthen cutting. When deciding the technology all local conditions were taken into account considering especially the construction speed, geotechnical conditions and limited land take. The reinforced soil technology was chosen satisfying all limitations and requirements and finally a project was carried out. Full-height concrete panels are used as a facing of reinforced soil which makes the structure unique.